JP2011066276A

JP2011066276A - 舶用太陽光追尾装置

Info

Publication number: JP2011066276A
Application number: JP2009216794A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kato; 英雄加藤
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】舶に搭載されている太陽電池パネルを正確に太陽に向ける。
【解決手段】舶１の甲板２上に支柱４を設置し、支柱４に方位角及び仰角を変更可能に太陽電池パネル１０が設置され、太陽電池パネル１０の方位角及び仰角を変更するように方位駆動部６と仰角駆動部１２とが太陽電池パネル１０を駆動する。衛星航法システム用に衛星から送信されている衛星航法システム用信号に基づいて緯度及び経度算出部１４、１６が、舶１の緯度及び経度を算出する。舶１の方位を方位算出部１８が算出する。算出された緯度及び経度と、算出された前記舶の方位と、日時とにより、演算部３２が、太陽の位置を算出し、太陽電池パネル１０が太陽を向くように方位駆動部６と仰角駆動部１２とに駆動指令を供給する。
【選択図】図２

Description

本発明は、舶に搭載された太陽電池パネルを、舶の位置に変化があっても太陽の方向に向ける舶用の太陽光追尾装置に関する。

従来、上記のような舶用太陽光追尾装置としては、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。特許文献１の技術によれば、船舶の帆に複数の太陽電池を設け、帆の適所または船舶の適所に設けた光量センサと入射角センサとによって、太陽光の光量を検出すると共に、太陽光線の入射方向とを検出し、これら検出データに基づいて帆の向きを調整している。

特開平４−３３１６９４号公報

しかし、この技術では、舶は波や風の影響を受けて、揺れており、その影響によって、光量センサや入射角センサが検出した光量や太陽光線の入射方向は、正確でなく、太陽光線の方向を正確に算出することができなかった。

本発明は、太陽電池パネルを正確に太陽に向けることができる舶用太陽光追尾装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の舶用太陽光追尾装置では、舶の甲板上に基部が設置されている。この基部上に方位角及び仰角を変更可能に太陽電池パネルが設置されている。この太陽電池パネルの方位角及び仰角を変更するように駆動手段が前記太陽電池パネルを駆動する。この駆動手段を制御手段が制御する。制御手段には、緯度及び経度算出手段が設けられている。これは、衛星航法システム用に衛星から送信されている衛星航法システム用信号を受信し、前記舶の緯度及び経度を算出する。衛星航法システムとしては、ＧＰＳや、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＡＬＩＬＥＯ等がある。また、制御手段は、前記舶の方位を算出する方位算出手段も備えている。方位算出手段は、衛星航法システム用信号から舶の方位を算出することもできるし、ジャイロ等によって方位を算出することもできる。制御手段の駆動指令手段が、前記算出された緯度及び経度と、前記算出された前記舶の方位と、現在の日時とにより、太陽の位置、例えば方向及び高度を算出し、前記太陽電池パネルが太陽を向くように前記駆動手段に駆動指令を供給する。

このように構成すると、衛星航法システム用信号に基づいて波や風の影響を受けることなく舶の緯度及び経度を算出することができ、舶の現在位置を決定することができる。この舶の現在位置と、日付と時刻とから太陽の位置、例えば方位角と仰角とを決定できる。しかし、舶は、算出された現在位置において様々な方向を向いており、その舶の方位によって舶から見た太陽電池パネルの位置は異なる。そこで、舶の方位を検出し、舶の方位を考慮して、太陽の位置を算出し、太陽電池パネルを正確に太陽に向けている。

前記駆動指令手段は、前記舶の対地速度を算出し、前記舶の位置と方位を予測し、前記太陽電池パネルが常に前記太陽を向くように前記駆動手段に駆動指令を供給する。

このように構成すると、舶の対地速度を算出し、算出されている舶の位置と方位とを、対地速度によって補正し、この補正された舶の位置と方位とを基に太陽電池パネルを太陽に向けるようにすることができる。舶の対地速度を利用することによって、高精度に太陽電池パネルを太陽に向けることができる。

さらに、前記駆動手段が連続的に駆動されるように構成することもできる。このように構成すると、駆動手段に対してブレーキをかけることによって生じるブレーキ損失や、駆動手段を動かし始めるための動き出しエネルギーを低減させることができ、省エネルギー化を図ることができる。

衛星航法システム用の信号から、舶のピッチ角を算出し、これを太陽の方向の算出に用いることもできる。これによって舶に縦揺れがあっても、縦揺れの影響を除去して、正確に舶から見た太陽の位置を算出することができ、太陽電池パネルを太陽に正確に向けることができる。

前記衛星航法システム用信号から前記舶のロール角を算出し、これを前記太陽の方向の算出に用いることもできる。これによって舶に横揺れがあっても、横揺れの影響を除去して、正確に舶から見た太陽の位置を算出することができ、太陽電池パネルを太陽に正確に向けることができる。

ピッチ角またはロール角は、前記舶が積み荷を積み込んだ後の停泊中に測定することもできる。例えば舶内の積み荷の位置によって縦方向（船首から船尾方向）に舶が傾斜している場合や横方向（船幅方向）に傾斜している場合がある。このような場合、停泊中に予めピッチ角によって縦方向の傾斜またはロール角による横方向の傾斜を予め測定しておけば、以後、航行中に測定する必要がない。ピッチ角またはロール角は、前記舶の運航中に計測することもできる。運航中に計測すると、舶での燃料消費や積み荷の位置変更に対応することができる。運航中に計測する場合、ピッチ角またはロール角は、所定時間における平均値とすることができる。ピッチ角またはロール角の平均値を用いると、ピッチ角やロール角の測定値に含まれる波や風の影響による誤差を低減することができる。

前記舶の方位が頻繁に変化するとき、前記太陽電池パネルを水平に配置することができる。例えば入港時や出港時には頻繁に舶の方位が変化するが、このような場合、舶がどの方向を向いても発電できるようにし、かつ太陽電池パネルの駆動を減少させて、省エネルギー化を図っている。

風向及び風力測定手段を設けることもできる。この場合、前記風向及び風力測定手段で測定された風向及び風力が前記太陽電池パネル破損の虞があるとき、前記太陽電池パネルを水平に配置する。このように構成すると、風が強くても、太陽電池パネルが損傷することを防止できる。

前記駆動手段の駆動間隔を設定可能とすることができる。このように構成すると、例えば太陽電池パネルにおける発電量と、駆動手段での消費電力とを比較して、太陽電池パネル移動後の発電量の増加量が消費電力を上回ると判断したときに、太陽電池パネルを駆動することができる。

さらに、現在の太陽の位置よりも所定時間経過したときの太陽位置に合わせて、前記太陽電池パネルを前記駆動手段に駆動させることもできる。このように構成すると、駆動手段の駆動回数を減少させて、消費電力を低減させることができる。

以上のように、本発明によれば、舶に搭載された太陽電池パネルを正確に太陽に向けることができる。

本発明の１実施形態の舶用太陽光追尾装置の概略構成図である。図１の舶用太陽光追尾装置のブロック図である。図１の舶用太陽光追尾装置において舶の方位を参照して太陽電池パネルの方位を調整する必要性の説明図である。図１の舶用太陽光追尾装置において舶のピッチ角を参照して太陽電池パネルの仰角を調整する必要性の説明図である。図１の舶用太陽光追尾装置において舶のロール角を参照して太陽電池パネルの仰角を調整する必要性の説明図である。

本発明の一態様の舶用太陽光追尾装置は、図１に示すように、舶１の甲板、例えば船首付近の甲板２に、基部、例えば支柱４を有している。支柱４の上端部には、駆動手段、例えば方位用駆動部６が設けられている。この方位駆動部６には連結部８が取り付けられ、連結部８は、図１に一点鎖線で示す垂直な軸線の回りに方位用駆動部６によって３６０度回転可能である。連結部８には、上述した垂直な軸線と直交する水平軸線の回りに回転自在に太陽電池パネル１０が取り付けられている。太陽電池パネル１０は、連結部８に設けられた駆動手段、例えば仰角用駆動部１２によって水平軸線の回りにほぼ３６０度回転可能で、例えば甲板２と平行な水平状態をとることができる。

図２に示すように、舶用太陽光追尾装置は、衛星航法システム、例えばＧＰＳ用の衛星から送信される衛星航法システム用信号、例えばＧＰＳ信号を受信する受信手段、例えばＧＰＳ受信機（図示せず）を有している。この受信信号に基づいて、舶の現在位置を表す緯度及び経度を表す緯度信号及び経度信号を出力する緯度算出手段及び経度算出手段、例えば緯度算出部１４及び経度算出部１６が、制御手段、例えば制御部１７に設けられている。この他に、ＧＰＳ信号またはジャイロに基づいて、舶の船首の方位を算出する方位算出手段、例えば船首方位算出部１８、ＧＰＳ信号に基づいて舶のピッチ角及びロール角を算出するピッチ角算出手段及びロール角算出手段、例えばピッチ角算出部２０及びロール角算出部２２が制御部１７に設けられている。また、現在の日付を表す日付信号と、現在の時刻を表す時間信号とを、出力する日付出力手段、例えば日付出力部２４と時間出力手段、例えば時間出力部２６とが制御部１７に設けられている。また、舶１が受ける風の向きを表す風向信号と、舶が受ける風力を表す風力信号とを、出力する風向測定手段及び風力測定手段、例えば風向測定部２８と風力測定部３０とが、制御部１７に設けられている。

これら各信号は、制御部１７に設けられた駆動指令手段、例えば演算部３２に供給される。この他に、操作部３４からの操作信号も演算部３２に供給される。また、太陽電池パネル１０の方位及び仰角を検出する太陽電池パネル方位及び仰角検出部３６からの方位検出信号及び仰角検出信号も演算部３２に供給される。演算部３２は、これら信号に基づいて太陽電池パネル１０を太陽に向けるように方位駆動部６及び仰角駆動部１２に駆動指令を供給し、自動制御が行われる。なお、演算部３２の演算結果や、演算部３２に供給された各信号は、表示部３８に表示される。

このように構成された太陽光追尾装置によれば、緯度及び経度が演算部３２に入力されることによって舶１の現在位置が判明する。そして、日付信号と時間信号とが演算部３２に入力されると、現在の日付と時刻とが判明する。これらが判明すると、演算部３２は、舶１の現在位置における太陽の方位と仰角とを演算によって求めることができる。ここで、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、同じ緯度及び経度に舶１が位置しているとしても、太陽電池パネル１０の基準方向、例えば舶の長さ方向に沿う方向から何度だけ太陽電池パネルを旋回させると太陽電池パネル１０を太陽Ｓの方向に向けることができるかは、舶の長さ方向と一致する船首の方位によって異なる。そこで、太陽の方位と船首の方位とに基づいて、太陽電池パネル１０の方位を基準方向から何度の方向に回転させればよいかを演算部３２が演算し、その演算された方向に太陽電池パネル１０を向けるように方位駆動部６に駆動指令を供給する。また、太陽の仰角に基づいて太陽電池パネル１０を太陽に向けるように仰角駆動部１２に駆動指令を供給する。

また、演算部３２は、緯度信号と経度信号との入力を一定時間ｔの経過ごとに行う。一定時間の前後の緯度信号の差及び経度信号の差に基づいて、舶１の対地速度を算出することを繰り返す。次に緯度信号と経度信号とが入力されるまでの期間、舶１の対地速度と直近に測定された緯度信号及び経度信号とに基づいて、舶１の位置と方位とを連続的に予測し、この予測された舶１の位置と方位とを元に太陽の仰角と方位とを予測し、予測された太陽の仰角と方位角に基づいて太陽電池パネル１０を太陽の方向に向けるように方位駆動部６及び仰角駆動部１２に駆動指令を供給する。

もし、間欠的に調整していると、方位駆動部６や仰角駆動部１２に対して、駆動を中止するときにブレーキをかける必要があり、これによってブレーキ損失が生じるし、また、方位駆動部６及び仰角駆動部１２によって太陽電池パネル１０を動かし始めるときに動き出しエネルギーが必要である。しかし、連続的に駆動していると、ブレーキ損失や動きだしエネルギーを低減させることができ、省エネルギー化を図ることができる。

舶１が備える速度計によって測定した対水速度を使用して舶１の位置と方位とを予測することも可能であるが、舶１は潮流などの影響を受けており、対水速度で予測した舶１の位置と方位とは、実際位置と方位との乖離が大きいと予測される。そこで、潮流などの影響を受けていない対地速度を使用することによって、予測精度を高めている。

なお、舶１の位置と方位とを連続的に予測したが、緯度及び経度信号が入力されて次に緯度及び経度信号が入力されるまでの間に、所定時間T（Ｔ＜ｔ）経過するごとに、舶１の位置と方位とを予測するように構成することもできる。この場合、Ｔを、操作部３４の操作によって任意に設定することができ、これによって太陽電池パネル１０の方位角の駆動間隔を任意に調整することができる。このように構成すると、例えば太陽電池パネル１０における発電量と、方位角駆動部６及び仰角駆動部１２での消費電力とを比較して、太陽電池パネル１０の移動後の発電量の増加量が消費電力を上回ると判断したときに、太陽電池パネルを駆動することができる。

演算部３２は、入力されたピッチ角を利用して太陽電池パネル１０が太陽を向くように仰角及び方位角を調整する駆動指令を方位角駆動部６及び仰角駆動部１２に供給している。図４に実線で示すようにピッチ角が０度のときに、太陽電池パネル１０が太陽を向くように太陽電池パネル１０の仰角を算出された太陽の高度を基に調整しても、これは舶１の甲板２が水平である状態を基準としたものであるので、例えば波の影響でピッチ角０度からピッチ角ｐに変化した場合、破線で示すようにピッチ角０度のままの状態に太陽電池パネル１０の仰角を維持していると、太陽電池パネル１０が正確に太陽の方向を向かない。そこで、２点差線で示すようにピッチ角ｐの分だけ太陽の高度に基づく仰角を調整するように演算部３２が駆動指令を仰角駆動部１２に供給して、太陽電池パネル１０が正確に太陽の方向を向くようにしている。

また、演算部３２は、入力されたロール角を利用して太陽電池パネル１０が太陽を向くように仰角を調整する駆動指令を方位角駆動部６及び仰角駆動部１２に供給している。図４に示すようにロール角が０度のときに、太陽電池パネル１０が太陽を向くように太陽電池パネル１０の仰角を調整していても、これは舶１の甲板２が水平である状態を基準としたものであるので、例えば波の影響でロール角０度からロール角ｒに変化した場合、破線で示すようにロール角０度のままの状態に太陽電池パネル１０の仰角を維持していると、太陽電池パネル１０が正確に太陽の方向を向かない。そこで、２点鎖線で示すようにロール角ｒの分だけ太陽の高度に基づく仰角を調整するように演算部３２が駆動指令を仰角駆動部１２に供給して、太陽電池パネル１０が正確に太陽の方向を向くようにしている。

上記のピッチ角及びロール角は、舶１の運航中に常時測定し、その測定したピッチ角及びロール角に基づいて、太陽電池パネル１０の仰角及び方位角を調整することも可能である。これによって、上述した方位角の調整の場合と同様に、ブレーキ損失や動きだしエネルギーの低減による省電力化を図ることができる。

ピッチ角及びロール角の変化の原因として積み荷の積載状態があり、舶１が出航する前に既に傾斜しているような場合には、舶１に積み荷を積み込んだ後の停泊中にピッチ角とロール角とを測定し、その測定値に基づいて出航前に太陽電池パネル１０の仰角を事前に調整することも可能である。このように事前に調整しておけば、波の静かな場合には、舶１の運行に伴う太陽高度の変化に従った仰角の調整のみを行えばよく、演算部３２の負担が軽減される。

出航中にピッチ角及びロール角を連続的に測定し、それに基づいて太陽電池パネル１０の仰角を調整する場合、例えば突発的にピッチ角及びロール角が大きく変化したような場合、この突発的な変化に追従させて太陽電池パネル１０の仰角を調整していると、この突発的な大きな変化が収束したとき、元の状態まで大きく太陽電池パネル１０の仰角を調整しなければならず、電力の消費が大きくなる。そこで、ピッチ角及びロール角の例えば所定時間の算術平均値に基づいて太陽電池パネル１０の仰角を調整することも可能である。これによって、突発的な大きな変化に対して太陽電池パネル１０の仰角を追従させて調整することはなく、省電力を図ることができる。

なお、この所定時間を操作部３４によって設定することによって、方位角及び仰角の駆動間隔を任意に変更することができる。また、ピッチ角及びロール角をサンプリングして、移動平均を算出し、この移動平均に基づいて太陽電池パネル１０の仰角を調整することもできる。この場合も、サンプリング間隔を操作部３４によって設定することによって、方位角及び仰角の駆動間隔を設定することができる。また、平均を採用しないで、ピッチ角及びロール角を所定時間の経過ごとに測定し、その測定値に基づいて太陽電池パネル１０の仰角を調整することもできる。この場合にも、所定時間を操作部３４によって設定することによって仰角の駆動間隔を設定することができる。このように構成すると、例えば太陽電池パネル１０における発電量と、仰角駆動部１２での消費電力とを比較して、太陽電池パネル１０の移動後の発電量の増加量が消費電力を上回ると判断したときに、太陽電池パネル１０を駆動することができる。

例えば潮流の影響を受けて舶１の方位が頻繁に変化するとき、これに追従させて太陽電池パネル１０の方位角を変化させていると、電力消費が大きくなる。そこで、舶１の方位が頻繁に変化するとき、例えば予め定めた時間内に予め定めた回数以上に舶１の方位が変化する場合には、太陽電池パネル１０を水平に配置するように、演算部３２は、仰角駆動部１２に駆動指令を送る。これによって、どのように舶１の方位が変化しても、太陽電池パネル１０に太陽光が入射する状態を維持でき、太陽電池パネル１０の方位調整が不要になり、電力消費を削減することができる。

また、演算部３２は、風向測定部２８からの風向信号が表す風向が、例えば太陽電池パネル１０の正面に向かう方向であって、風力測定部３０が出力する風力信号が、例えば太陽電池パネル１０に正面から当たると太陽電池パネル１０の破損の虞がある風力を表しているとき、太陽電池パネル１０を水平に配置するように仰角駆動部１２に駆動指令を供給する。これによって、太陽電池パネル１０は水平に配置されているので、風は太陽電池パネル１０の正面に当たることが無く太陽電池パネル１０が破損することを防止できる。

なお、演算部３２に入力された緯度信号、経度信号、日付信号及び時間信号に基づいて現在時点の太陽の位置を算出し、この現在時点よりも所定時間経過したときの太陽位置を算出し、この所定時間経過したときの太陽位置に太陽電池パネル１０を合わせるように、方位駆動部６及び仰角駆動部１２に駆動指令を供給するようにしてもよい。これによって、方位角駆動部及び仰角駆動部１２による太陽電池パネル１０の駆動回数を減少させることができ、消費電力を低減させることができる。

１舶
４支柱（基部）
６方位角駆動部（駆動手段）
１０太陽電池パネル
１２仰角駆動部（駆動手段）
１４緯度算出部（緯度算出手段）
１６経度算出部（経度算出手段）
１８船首方位算出部（方位算出手段）
３２演算部（制御手段）

Claims

舶の甲板上に設置された基部と、
この基部上に方位角を変更可能に設置された太陽電池パネルと、
この太陽電池パネルの方位角及び仰角を変更するように前記太陽電池パネルを駆動する駆動手段と、
この駆動手段を制御する制御手段とを、
具備する舶用太陽光追尾装置において、
前記制御手段は、衛星航法システム用に衛星から送信されている衛星航法システム用信号を受信し、前記舶の緯度及び経度を算出する緯度及び経度算出手段と、
前記舶の方位を算出する方位算出手段と、
前記算出された緯度及び経度と、前記算出された前記舶の方位と、日時とにより、太陽の位置を算出し、前記太陽電池パネルが太陽を向くように前記駆動手段に駆動指令を供給する駆動指令手段とを、
具備する舶用太陽光追尾装置。
請求項１記載の舶用太陽光追尾装置において、前記駆動指令手段は、前記舶の対地速度を算出し、前記舶の位置と方位を予測し、常に前記太陽電池パネルが太陽を向くように前記駆動手段に駆動指令を供給する舶用太陽光追尾装置。
請求項２記載の舶用太陽光追尾装置において、前記駆動手段が連続的に駆動される舶用太陽光追尾装置。
請求項１乃至３いずれか記載の舶用太陽光追尾装置において、前記衛星航法システム用信号から前記舶のピッチ角を算出し、これを前記太陽に対する仰角の算出に用いる舶用太陽光追尾装置。
請求項１乃至４いずれか記載の舶用太陽光追尾装置において、前記衛星航法システム用信号から前記舶のロール角を算出し、これを前記太陽に対する仰角の算出に用いる舶用太陽光追尾装置。
請求項４または５記載の舶用太陽光追尾装置において、前記ピッチ角またはロール角は、前記舶が積み荷を積み込んだ後の停泊中に測定する舶用太陽光追尾装置。
請求項４または５記載の舶用太陽光追尾装置において、前記ピッチ角またはロール角は、前記舶の運航中に計測する舶用太陽光追尾装置。
請求項７記載の舶用太陽光追尾装置において、前記ピッチ角またはロール角は、所定時間における平均値である舶用太陽光追尾装置。
請求項１乃至８いずれか記載の舶用太陽光追尾装置において、前記舶の方位が頻繁に変化するとき、前記太陽電池パネルを水平に配置する舶用太陽光追尾装置。
請求項１乃至９いずれか記載の舶用太陽光追尾装置において、風向及び風力測定手段を設け、前記風向及び風力測定手段で測定された風向及び風力が前記太陽電池パネル破損の虞があるとき、前記太陽電池パネルを水平に配置する舶用太陽光追尾装置。
請求項１または請求項４乃至１０いずれか記載の舶用太陽光追尾装置において、前記駆動手段の駆動間隔を設定可能とした舶用太陽光追尾装置。
請求項１１記載の舶用太陽光追尾装置において、現在の太陽の位置よりも所定時間経過したときの太陽位置に合わせて、前記駆動手段に前記太陽電池パネルを駆動させる舶用太陽光追尾装置。